盾构横通道冻结法施工数值模拟及现场应用研究

以珠机城际横琴隧道3#工作井～金融岛车站区间4#横通道为工程背景,采用冻结加固设计方案进行施工,并取得了良好的加固效果。针对横通道冻结法施工形成的形状复杂的冻土帷幕结构,利用FLAC3D对冻结法施工进行了数值模拟研究,通过对比现场监测数据,得到冻结帷幕的变形特性、应力分布特性以及开挖造成隧道周围管片应力的重新分布情况等。研究表明:拱顶沉降的数值模拟结果与现场监测值基本相同,说明数值模拟具有一定的科学性和合理性;横通道开挖前对通道内土体预加固能有效改善横通道拱顶和拱底的受力状态;喇叭口处作为整个冻土帷幕的最薄弱处,施工中需特别注意;横通道开挖容易使主隧道管片处于受拉状态,且拉应力多分布在开口环的对侧。     

盾构隧道管片螺栓烧熔的结构安全分析与加固

介绍地铁区间隧道发生的罕见接触网短路事故:由于短路电流,造成盾构隧道管片螺栓烧熔,产生高温引起管片破损,使止水条变形漏水.为确保运营隧道的安全,对受损管片钢筋及混凝土进行检测及鉴定分析,并对该区间管片受损段进行深入的数值模拟分析,在此基础上完成管片的修复加固设计.     

基坑开挖对既有盾构隧道的影响研究

为分析基坑开挖对既有盾构隧道的影响,通过数值计算软件模拟盾构隧道施工过程,得到基坑开挖前盾构隧道的应力状态;并以此为基础,进行基坑开挖对盾构管片变形与应力影响的全过程研究。结果表明,双排桩支护方式下,基坑开挖至坑底时,区间隧道距坑底最近的拱肩位置处变形最大,以水平位移为主,最大达6. 77 mm;管片竖向隆起量较小,最大值为1. 31 mm,管片拱肩部位存在一定的应力集中,最大应力达3. 52 MPa;管片拱腰部位X向应力较小,最大值为0. 3 MPa。随基坑内部结构的施工,盾构管片变形逐渐减小。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。     

城际铁路盾构联络通道冻结法施工技术

以珠机(珠海市区—珠海机场)城际铁路橫琴隧道金融岛车站—3号工作井区间3~#联络通道(与泵房合建)为工程背景,针对联络通道冻结法施工形成的形状复杂的冻土帷幕结构,利用FLAC 3D对冻结法施工进行了数值模拟,并与现场监测数据进行对比分析,得出冻结帷幕的变形特性、应力分布特性以及开挖造成的隧道周围管片应力的重新分布情况。研究结果表明:联络通道开挖前对通道内土体预加固能有效改善拱顶和拱底的受力状态;喇叭口是整个冻土帷幕的最薄弱处所,施工中须特别注意;联络通道开挖容易使主隧道管片处于受拉状态,且拉应力多分布在开口环的对侧。     

侧方基坑开挖对盾构隧道的影响研究

为了研究侧上方基坑放坡开挖对盾构隧道的影响,利用FLAC3D建立三维数值模型,模拟轨道交通侧方基坑开挖的施工全过程,从盾构管片内力及模型位移等角度分析基坑开挖对盾构隧道的影响,并将数值计算结果与现场观测数据进行对比。结果表明,随基坑开挖深度的不断增加,盾构管片及基坑边坡水平位移不断增大,当基坑开挖至坑底时,基坑中部位置处盾构管片变形最大,管片拱肩位置处水平位移最大(为5. 24 mm),拱顶最大竖向隆起为1. 01 mm,拱腰最小曲率半径达482 690 m,管片拱肩位置处存在压应力集中(最大压力为3. 58 MPa)。当基坑内部结构施工完成后,管片水平位移量减小。为减小基坑开挖对盾构隧道的影响,基坑开挖至坑底后应尽快施作内部结构,有利于控制盾构管片变形。     

软土盾构隧道横断面变形规律及控制限值研究

研究目的:盾构隧道横断面变形对结构安全具有深刻的影响,变形过大会导致隧道接缝张开及渗漏、管片开裂,甚至导致横断面限界不足、隧道结构承载能力散失等,而盾构隧道修复加固代价高昂,为了确定合理的管片修复时机,在保证隧道安全性的同时兼顾经济性,需对隧道横断面变形规律及限值展开研究。研究结论:本文在隧道变形影响因素分析的基础上,得出如下结论:(1)横断面变形的根源在于隧道竖向和水平荷载比的增大;(2)以南京地铁二号线盾构隧道管片结构为背景,采用数值模拟的方法研究了隧道横断面变形规律,建立了不同拼装方式下隧道水平直径变形量与接缝最大张开量、最大螺栓应力、最大混凝土应力之间的关系,进而提出了隧道横断面变形控制限值:对于通缝隧道,水平直径变化量大于123 mm时螺栓达到极限强度值,对于错缝隧道,大于127 mm时螺栓达到极限强度值,此时隧道安全性将受到极大威胁;(3)本研究成果可为隧道横断面变形管控措施及修复时机的确定提供参考。     

小净距重叠盾构隧道下穿铁路线施工安全技术研究

为了解决小净距重叠隧道下穿准高速铁路的安全施工问题,采用数值计算的方法,对上下重叠隧道不同施工顺序引起的地层变形、管片结构位移和受力情况进行分析。结果表明,采用"先下后上"开挖方式时,地表沉降、隧道管片结构竖向位移及其弯矩均小于"先上后下"开挖方式。当采用"先下后上"盾构掘进时,上隧道引起的最大地表沉降为13. 934 mm;采用"先上后下"时,最大地表沉降为15. 516 mm(沉降控制值为10 mm)。对铁路线路、上下隧道间夹层土体和铁路路基软土进行加固后,地表沉降数值计算值为9. 525 mm,实际观测最大值为5. 9 mm(均在控制值范围内)。该研究结论为重叠隧道顺利下穿准高速铁路施工提供了关键技术支持。     

顺层高边坡开挖松动区的数值模拟研究

开挖顺层岩石高边坡,往往需要进行预加固,因而合理确定坡体开挖松动区范围就成为核心问题。根据坡体开挖后的应力和位移状态,给出开挖松动区的明确定义,即变形已经超出弹性变形的范围,出现塑性破坏的区域。介绍确定高边坡开挖松动区的数值分析方法。采用合理的计算模型,利用三维显式有限差分数值分析软件FLAC3D,对重庆万梁高速公路沿线某顺层高边坡分级开挖进行数值模拟,根据开挖后坡体塑性区的分布和变化对开挖松动区进行了分析。通过对该顺层高边坡失稳实例的分析,表明该分析坡体开挖松动区的方法是可行和合理的。     

新建与既有地铁隧道正交段施工力学行为研究

研究目的:以深圳地铁3号线盾构隧道下穿1号线既有隧道为工程背景,利用FLAC3D软件进行有限元数值模拟施工三维力学行为,探讨施工过程地层应力的变化幅度及影响范围、结构内力及结构安全性,提出确保新建隧道施工和既有隧道运营安全的措施和建议。研究结论:在施工阶段既有隧道附加应力的分布均为以下洞中心线为中心对称轴成左右对称状态,下洞施工过程中会引起既有隧道的沉降和附加应力的增大,目标面盾构隧道管片衬砌最大内力值的位置都在下洞两侧拱腰管片衬砌,应对上下两洞间的地层及时注浆进行加固。当施工结束时,目标面盾构隧道管片的主应力值达到最大。     

下承式简支钢桁梁桥加固及检测试验研究

下承式简支钢桁梁受过往车辆撞击,致使下弦杆和节点板出现了局部变形。对受损后桥梁进行了现场检测和有限元分析,掌握了桥梁的状态和受力特征,提出了对受损杆件先实施矫正、然后增加钢板辅助受力的加固方法。对加固后桥梁开展了静载试验和有限元分析,结果表明加固后桥梁的强度、刚度和稳定性均满足规范要求,工作状态良好。     

微型注浆钢管桩在高铁站场软基加固中的应用研究

对新建鲁南高铁站场软土地基采用微型注浆钢管桩进行加固,探讨了软土地基微型注浆钢管桩加固方案及其施工技术;为评价站场软基微型注浆钢管桩加固效果,开展微型注浆钢管桩成桩施工过程中现场监测试验,通过埋设监测元件获得加固区邻近区域土体的变形分布与发展规律。结果表明在微型注浆钢管桩成桩过程中,地表纵向水平位移变化比较小,地表竖向位移无明显变化,产生的深层横向水平位移和纵向水平位移都较小;并且在成桩过程中,各测试断面的孔隙水压力随地下水位的下降而略有降低,没有出现明显的超孔隙水压力。这些结论证明采用微型注浆钢管桩加固站场软基是成功的,可以进一步推广使用。     

下承式铁路钢桥的病害原因分析及加固措施论证

研究目的下承式铁路钢桥在其腹部、底板和横梁上出现裂纹和腐蚀面,这是该种钢桥在服役多年后普遍存在的病害。本文将寻求对病害原因的全面认识。研究方法利用有限元软件,对该钢桥进行结构受力分析,通过化学实验对钢材进行化学成份分析,并对裂纹位置进行了疲劳结算,对所采取的加固措施进行了可行性论证。研究结论(1)纵梁腹板水平裂纹系被硬物划伤所致,纵梁端截面处的腹板下部竖向裂纹是疲劳引起的。(2)下平纵联节点板呈现的层状撕裂是由于材质不合格及冶炼时层间夹碴引起的。(3)桥梁上的腐蚀凹面是列车上的污物掉落在桥上长期腐蚀的结果。(4)现行采用的在裂纹部位粘贴钢板加固纵梁的方法,改变了纵梁的内力分布,改善了纵梁的应力水平,使钢桥满足了承载能力的要求。     

徽水河大桥塔梁结合段构造优化研究

斜拉桥外倾H型塔柱与钢板组合主梁在塔梁结合处采用固结式连接,是一种构造较为复杂的斜拉桥塔梁连接形式。本文以芜黄高速徽水河大桥为依托,利用有限元分析和BIM模型分析方法,从受力需求和施工便利性角度对塔梁结合段的合理构造进行研究。结果表明,钢板组合主梁在塔梁结合段位置存在刚度突变,应在靠近结合面位置合理设置过渡加劲以实现应力平顺过渡,优化后的结合段局部受力状态良好;采用BIM技术准确模拟结合段范围内钢构件、钢筋、预应力空间位置,以主受力钢筋和钢构件保持连通为原则,精准确定钢梁开孔位置,保障了开孔质量与精度,解决了结合段钢结构及钢筋安装难题,最后提出合理的塔梁结合段构造形式。     

悬挑钢梁吊装工艺的力学分析与评价

以宁波南站钢结构站房为背景,从钢材的力学性能角度分析采用分段吊装法和整体吊装法进行大跨度超重悬挑钢结构吊装时结构的根部和支撑杆受力情况,采用大型有限元软件对2种施工方法进行模拟,将把2种施工方法得出的真实数据与有限元软件计算出的预测数值进行分析比较。研究结果表明：在进行大跨度超重结构吊装时,在卸载完成时整体吊装法比分段吊装法在根部最大应力大出较多,且比有限元软件的模拟值略大。整体吊装法施工过程中撑杆最大应力比分段吊装法的撑杆最大应力小。在采用整体吊装时有必要对悬挑结构的根部进行加固,采用分段吊装时有必要对支撑杆件进行加固。     

斜拉桥耳板式索梁锚固结构的空间分析

利用有限元分析软件,建立深圳湾公路大桥索梁锚固区仿真模型,进行耳板式锚固结构的接触应力分析,研究主梁顶板、腹板、横隔板以及锚固区耳板上的应力分布情况。结果表明:锚固区Mises应力极值出现在耳板销孔两侧,大致关于斜拉索对称;锚固区各构件应力在局部区域数值较大,但扩散较快,应力传递流畅;索梁锚固结构承载能力满足要求。建议耳板式索梁锚固结构的耳板材料采用高强度钢材,且应对销孔周围进行局部加强。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点变参数受力分析

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱的可靠性是保证框架结构安全的关键。以呼和浩特东站站房为例,采用ADINA有限元软件建立了节点有限元模型,通过变参数分析,研究了节点区加强环板设置方式、厚度及预应力筋截断位置对节点受力性能的影响。结果表明:同时设置内外加强环板并进行圆弧过渡可有效降低环板的应力集中;预应力筋在2. 5倍型钢梁高以外截断时,预应力筋的截断位置对节点的受力影响不大;在设计荷载作用下节点呈非线性弹性变化,具有很好的承载力和刚度,且梁内箍筋最大应力值出现在梁端加强区以外。     

拓扑优化设计方法与经验设计方法的RC开孔深梁对比试验研究

为推动拓扑优化方法早日应用到钢筋混凝土深梁工程设计中,研究多目标优化算法并展开试验验证是实现此目的的必经之路。为此,开展分别按钢筋应力多目标ESO和经验设计方法设计的一组开孔深梁对比试验。试验结果表明,相较于经验设计方法,钢筋应力多目标ESO设计的试件在节省用钢量和基本保持承载力的前提下,变形能力和耗能能力大幅提升,受力钢筋能更充分发挥强度,同时改良了深梁脆性破坏的常规形态。造成这种改进的根本原因,是钢筋应力多目标ESO综合考虑了2个优化目标,设计的斜向钢筋能有效补强传力路径中垂直于受压混凝土的受拉方向,更契合深梁的受力机理。钢筋应力多目标ESO方法可供日后钢筋混凝土深梁工程设计参考。     

顶推施工钢箱梁局部加固技术

在顶推施工过程中,滑道附近的钢箱梁底板局部应力较大,很可能成为控制因素,一般需要采取补强措施以保证施工的安全。数值分析结果表明,腹板与底板之间设置加劲肋可减小底板的局部应力。从实际的施工过程及监测结果来看,这种方式简单、有效,可为今后类似工程提供参考。     

既有桥梁下部结构加固施工技术

结合国贸桥的工程实例,介绍了对国贸桥的补桩、新建承台及中横梁加固三个方面的施工工艺和施工技术。国贸桥的桥墩基础采用补桩加固,即在原承台的南、北两侧面各加一根直径为1.5 m的灌注桩。新建承台的基坑开挖之后,基坑侧壁挂网喷混凝土并打设锚杆加强支护。在原承台下吊装工字钢梁,然后在既有承台底部绑扎钢筋、浇筑混凝土。中横梁加固是在既有桥梁墩柱两侧增设两个钢墩柱,钢墩柱支撑钢盖梁,盖梁上设置"测力可调盆式橡胶固定支座"对横梁进行支顶,并对横梁进行粘贴钢板加固,增强其抗剪能力。